Weltweit erste faseroptische Ultraschall-Bildgebungssonde für die zukünftige Diagnose von Krankheiten im Nanomaßstab

Neuauflage von Plato

Verfolger: 0

Startseite > Öffentlichkeitsarbeit/Presse > Weltweit erste faseroptische Ultraschall-Bildgebungssonde für die zukünftige Diagnose von Krankheiten im Nanomaßstab

Konzeptkunst, die die 3D-Kartierung mikroskopischer Objekte durch das Phononensondensystem zeigt. Die optische Faser enthält an ihrer Spitze eine Metallschicht und projiziert rotes Laserlicht in die Probe. CREDIT Dr. Salvatore La Cavera

Abstract:
Wissenschaftler der University of Nottingham haben ein Ultraschall-Bildgebungssystem entwickelt, das an der Spitze einer haardünnen optischen Faser eingesetzt werden kann und in den menschlichen Körper eingeführt werden kann, um Zellanomalien in 3D sichtbar zu machen.

Weltweit erste faseroptische Ultraschall-Bildgebungssonde für die zukünftige Diagnose von Krankheiten im Nanomaßstab

Nottingham, UK | Veröffentlicht am 30. April 2021

Die neue Technologie erzeugt mikroskopische und nanoskopische Auflösungsbilder, die Klinikern eines Tages helfen werden, Zellen in schwer erreichbaren Körperteilen wie dem Magen-Darm-Trakt zu untersuchen und effektivere Diagnosen für Krankheiten zu bieten, die von Magenkrebs bis zu bakterieller Meningitis reichen.

Das hohe Leistungsniveau der Technologie ist derzeit nur in hochmodernen Forschungslabors mit großen wissenschaftlichen Instrumenten möglich - während dieses kompakte System das Potenzial hat, es in klinische Umgebungen zu bringen, um die Patientenversorgung zu verbessern.

Die vom EPSRC (Engineering and Physical Sciences Research Council) finanzierte Innovation reduziert auch den Bedarf an herkömmlichen fluoreszierenden Markierungen - Chemikalien, die zur Untersuchung der Zellbiologie unter einem Mikroskop verwendet werden -, die in großen Dosen für menschliche Zellen schädlich sein können.

Über die Ergebnisse wird in einem neuen Artikel mit dem Titel "Phonon-Bildgebung in 3D mit einer Fasersonde" berichtet, der im Nature-Journal "Light: Science & Applications" veröffentlicht wurde.

Der Autor des Papiers, Salvatore La Cavera, ein EPSRC-Doktorand der Forschungsgruppe Optik und Photonik der Universität Nottingham, sagte über das Ultraschall-Bildgebungssystem: „Wir glauben, dass es die Steifheit einer Probe, ihre Biokompatibilität und ihre Fähigkeit messen kann Das endoskopische Potenzial beim Zugriff auf die Nanoskala zeichnet es aus. Diese Funktionen bereiten die Technologie für zukünftige Messungen im Körper vor. auf das ultimative Ziel einer minimalinvasiven Point-of-Care-Diagnostik zu. “

Derzeit im Prototypenstadium kann das nicht-invasive Bildgebungswerkzeug, das von den Forschern als „Phononensonde“ bezeichnet wird, in ein optisches Standardendoskop eingeführt werden, bei dem es sich um eine dünne Röhre mit einem starken Licht und einer Kamera am Ende handelt Navigierte in den Körper, um unter anderem Krebsläsionen zu finden, zu analysieren und zu behandeln. Die Kombination von optischen und Phonon-Technologien könnte vorteilhaft sein. Beschleunigung des klinischen Workflow-Prozesses und Reduzierung der Anzahl invasiver Testverfahren für Patienten.

3D-Mapping-Funktionen

So wie ein Arzt eine körperliche Untersuchung durchführen könnte, um eine abnormale "Steifheit" des Gewebes unter der Haut festzustellen, die auf Tumore hinweisen könnte, wird die Phononensonde dieses "3D-Mapping" -Konzept auf eine zelluläre Ebene bringen.

Durch Scannen der Ultraschallsonde im Weltraum kann eine dreidimensionale Karte der Steifheit und räumlichen Merkmale mikroskopischer Strukturen an und unter der Oberfläche einer Probe (z. B. Gewebe) reproduziert werden. Dies geschieht mit der Fähigkeit, kleine Objekte wie ein Großmikroskop abzubilden, und dem Kontrast, Objekte wie eine Ultraschallsonde zu unterscheiden.

„Mit Labormikroskopen wurden Techniken realisiert, mit denen gemessen werden kann, ob eine Tumorzelle steif ist. Diese leistungsstarken Werkzeuge sind jedoch umständlich, unbeweglich und nicht an klinische Situationen mit Patientenkontakt anpassbar. Die nanoskopische Ultraschalltechnologie mit endoskopischer Kapazität ist bereit, diesen Sprung zu schaffen “, fügt Salvatore La Cavera hinzu.

So funktioniert's

Das neue Ultraschallbildgebungssystem verwendet zwei Laser, die kurze Energieimpulse abgeben, um Schwingungen in einer Probe zu stimulieren und zu erfassen. Einer der Laserpulse wird von einer Metallschicht absorbiert - einem Nanowandler (der Energie von einer Form in eine andere umwandelt) -, der an der Spitze der Faser hergestellt wird. Ein Prozess, der dazu führt, dass hochfrequente Phononen (Schallpartikel) in die Probe gepumpt werden. Dann kollidiert ein zweiter Laserpuls mit den Schallwellen, ein Prozess, der als Brillouin-Streuung bekannt ist. Durch Erfassen dieser "kollidierten" Laserpulse kann die Form der sich bewegenden Schallwelle wiederhergestellt und visuell angezeigt werden.

Die erfasste Schallwelle codiert Informationen über die Steifheit eines Materials und sogar über seine Geometrie. Das Nottingham-Team war das erste, das diese Doppelfähigkeit mit gepulsten Lasern und optischen Fasern demonstrierte.

Die Leistung eines Bildgebungsgeräts wird typischerweise durch das kleinste Objekt gemessen, das vom System gesehen werden kann, dh die Auflösung. In zwei Dimensionen kann die Phononensonde Objekte in der Größenordnung von 1 Mikrometer "auflösen", ähnlich wie bei einem Mikroskop. In der dritten Dimension (Höhe) liefert es jedoch Messungen im Nanometerbereich, was für ein faseroptisches Bildgebungssystem beispiellos ist.

Zukünftige Anwendungen

In der Arbeit zeigen die Forscher, dass die Technologie sowohl mit einer einzelnen optischen Faser als auch mit den 10 bis 20,000 Fasern eines Bildbündels (1 mm Durchmesser) kompatibel ist, wie sie in herkömmlichen Endoskopen verwendet werden.

Folglich könnten eine überlegene räumliche Auflösung und große Sichtfelder routinemäßig erreicht werden, indem Steifheit und räumliche Informationen von mehreren verschiedenen Punkten auf einer Probe gesammelt werden, ohne dass das Gerät bewegt werden muss, wodurch eine neue Klasse von Phononendoskopen in Reichweite gebracht wird.

Über die klinische Gesundheitsversorgung hinaus könnten Bereiche wie Präzisionsfertigung und Messtechnik dieses hochauflösende Werkzeug zur Oberflächeninspektion und Materialcharakterisierung verwenden. eine ergänzende oder Ersatzmessung für bestehende wissenschaftliche Instrumente. Aufkeimende Technologien wie 3D-Biodruck und Tissue Engineering könnten die Phononensonde auch als Inline-Inspektionswerkzeug verwenden, indem sie direkt in den Außendurchmesser der Drucknadel integriert werden.

Als nächstes wird das Team in Zusammenarbeit mit dem Nottingham Digestive Diseases Centre und dem Institut für Biophysik, Bildgebung und optische Wissenschaft an der Universität von Nottingham eine Reihe von Bildgebungsanwendungen für biologische Zellen und Gewebe entwickeln. mit dem Ziel, in den kommenden Jahren ein tragfähiges klinisches Instrument zu schaffen.

###

####

Über die University of Nottingham
Die University of Nottingham ist eine forschungsintensive Universität mit einem stolzen Erbe, das durchweg zu den Top 100 der Welt gehört. Das Studium an der University of Nottingham ist eine lebensverändernde Erfahrung und wir sind stolz darauf, das Potenzial unserer Studenten auszuschöpfen. Wir haben einen Pioniergeist, der sich in der Vision unseres Gründers Sir Jesse Boot ausdrückt, der uns bei der Einrichtung von Standorten in China und Malaysia eine Vorreiterrolle gespielt hat - Teil eines global vernetzten Netzwerks aus Bildung, Forschung und industriellem Engagement. Die hochmodernen Einrichtungen der Universität sowie die Bereitstellung von Inklusiv- und Behindertensport spiegeln sich in ihrem Status als Good University Guide 2021 der University of the Year und der Sunday Times wider. Laut REF 2014 belegen wir in Großbritannien den achten Platz in Bezug auf Forschungsleistung. Wir verfügen über sechs herausragende Forschungsergebnisse, die dazu beitragen, Leben zu verändern und die Welt zu verändern. Wir sind auch ein wichtiger Arbeitgeber und Industriepartner - lokal und global. Neben der Nottingham Trent University leiten wir die Initiative Universities for Nottingham, eine bahnbrechende Zusammenarbeit, die die kombinierten Stärken und bürgerlichen Missionen der beiden Weltklasseuniversitäten von Nottingham zusammenbringt und mit lokalen Gemeinden und Partnern zusammenarbeitet, um die Wiederherstellung und Erneuerung nach dem COVID-19 zu unterstützen Pandemie.

Für weitere Informationen - hier

Kontakte:
Emma Lowry
44-011-584-67156

Weitere Informationen erhalten Sie von Salvatore La Cavera III am

@UoNPressOffice

Wenn Sie einen Kommentar haben, bitte Kontakt mit uns auf.

Emittenten von Pressemitteilungen, nicht 7th Wave, Inc. oder Nanotechnology Now, sind allein für die Richtigkeit des Inhalts verantwortlich.

Lesezeichen: